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钢-混凝土组合梁计算原理及截面设计

2018-09-17 17:35

钢-混凝土组合梁计算原理及截面设计 

钢-混凝土组合梁是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构型式。它主要通过在钢梁和混凝土翼缘板之间设置剪力连接件(栓钉、槽钢、弯筋等),抵抗两者在交界面处的掀起及相对滑移,使之成为一个整体而共同工作。

钢-混凝土组合梁同钢筋混凝土梁相比,可以减轻结构自重,减小地震作用,减小截面尺寸,增加有效使用空间,节省支模工序和模板,缩短施工周期,增加梁的延性等。同钢梁相比,可以减小用钢量,增大刚度,增加稳定性和整体性,增强结构抗火性和耐久性等。  

近年来,钢-混凝土组合梁在我国城市立交桥梁及建筑结构中已得到了越来越广泛的应用,并且正朝着大跨方向发展。钢-混凝土组合梁在我国的应用实践表明,它兼有钢结构和混凝土结构的优点,具有显著的技术经济效益和社会效益,适合我国基本建设的国情,是未来结构体系的主要发展方向之一。

计算原理

在钢-混凝土组合梁弹性分析中,采用以下假定:

1、钢材与混凝土均为理想的弹性体。

2、钢筋混凝土翼缘板与钢梁之间有可靠的连接交互作用,相对滑移很小,可以忽略不计。 

3、平截面假定依然成立。

4、不考虑混凝土翼缘板中的钢筋(该假设只在正弯矩承载力计算时成立,负弯矩承载力计算式需考虑钢筋作用[1])。

钢-混凝土组合梁弹性分析采用换算截面法。(a)表示换算前截面,(b)表示换算后截面。换算截面法的基本原理是:混凝土翼缘板按照总力不变及应变相同条件,换算成弹性模量为Es、应力为бs的与钢等价的换算截面面积。具体计算时,为了混凝土截面重心高度换算前后保持不变,换算时混凝土翼缘板厚度不变而仅将翼缘板有效翼缘宽度be除以α E(钢材弹性模量与混凝土弹性模量的比值。 

求得等价的钢梁截面后,可以按照材料力学的方法来计算截面的抗弯承载力。设换算后截面的惯性矩为 I换算,换算截面形心轴距离钢梁底部为y 换算,组合梁总高为y换算作用在截面上的弯矩为M, 

而组合梁挠度的计算,则按照换算截面惯性矩计算组合梁截面刚度后,再由结构力学的方法计算梁的挠度。 

截面设计

根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86),对钢-混凝土组合梁进行了设计。如图4所示,为该工程选用的组合梁截面图。钢梁选为Q345B钢,混凝土翼缘板用 C40混凝土,剪力连接件采用[10槽钢。组合梁总高为1650mm,高跨比约为31.5。组合梁截面换算惯性矩为8.576×1010mm^4,而纯钢梁的截面惯性矩只有5.228×10 10mm^4,组合梁截面惯性矩是纯钢梁的1.64倍,大大提高了组合梁的刚度,减小了组合梁在荷载作用下的挠度